Beschreibung

Sensormodul und Verfahren zur Herstellung des Sensormoduls

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul mit einem Sensorchip, der mit einer Kunststoffabdeckung abgedeckt ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Sensormoduls.

Ein derartiges Sensormodul ist aus der US 2007/0139044 Al bekannt. Bei dem bekannten Sensormodul ist der Sensorchip auf einem Leitergitter aufgebracht und mit einer ersten Kunst- stoffhülle aus einem Duroplast umgeben. Die innere Kunst- stoffhülle ist weiterhin von einer äußeren Kunststoffhülle umgeben, die sich bis zu einem Kontaktende der vom Leitergitter gebildeten Leiterbahnen erstreckt. An den Kontaktenden der Leiterbahn ist die äußere Kunststoffhülle als Steckerfassung ausbildet. Das bekannte Sensormodul dient insbesondere der Erfassung der Drehgeschwindigkeit eines Turboladers.

Ferner ist aus der US 2004/0118227 Al ein Sensormodul bekannt, bei dem ein Sensorchip auf einem Leitergitter fixiert ist. Der Sensorchip und das Leitergitter sind von einer Kunststoffhülle umgeben. Die Leiterbahnen des Leitergitters sind ferner mit Kontaktstiften verbunden. Der übergangsbereich zwischen dem Leitergitter und den Kontaktstiften ist von einer weiteren Kunststoffhülle abgedeckt, die sich bis zu Kontaktenden der Kontaktstifte erstreckt und dort eine Ste- ckerfassung bildet.

Als Sensorchip sind insbesondere temperaturempfindliche Sensorchips, auf Magnetfelder empfindliche Sensorchips, Winkelgeschwindigkeitssensoren oder Beschleunigungssensoren vorgesehen.

Ein Nachteil der bekannten Sensormodule ist, dass die Kunst- stoffhülle das Messsignal verfälschen kann. Beispielsweise kann die zusätzliche Masse der Kunststoffhülle die Antwortzeit des Sensormoduls vergrößern. Ferner können Eichungen notwendig sein, um den Einfluss der Kunststoffhülle zu korrigieren .

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich der Messeigenschaften verbessertes Sensormodul zu schaffen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des Sensormoduls anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch das Sensormodul und das Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.

Das Sensormodul verfügt über einen Kanal, der von einer Sen- sorfläche des Sensorchips zu einer Außenseite des Sensormoduls führt. Unter Kanal soll dabei eine Freisparung verstanden werden, deren Querschnittsabmessungen klein im Vergleich zu der von der Sensorfläche des Sensorchips bis zur Außenseite gemessenen Länge des Kanals ist. Durch einen derartigen Kanal steht die Sensorfläche des Sensorchips mit der Umgebung des Sensormoduls in Kontakt. Insbesondere Druckänderungen in dem umgebenden Medium können mit dem Sensormodul unmittelbar erfasst werden, ohne dass der Einfluss der Kunststoffhülle auf das Messergebnis durch Eichungen bestimmt werden muss.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensormodul mit Leiterbahnen versehen und der Kanal entlang einer Leiterbahn bis zu einer Kontaktstelle der Leiterbahn geführt. Dabei besteht die Möglichkeit, den Kanal durch eine geeignete Quer- schnittsprofilierung der Leiterbahn auszubilden.

Insbesondere ist es möglich, den Kanal durch eine Prägung einer Leiterbahn herzustellen, wenn die Leiterbahnen von einem Leitergitter gebildet sind. In diesem Fall kann beispielsweise der Kanal durch Ausbilden einer Nut in einer Leiterbahn des Leitergitters hergestellt werden. Unter Leitergitter soll in diesem Zusammenhang eine selbsttragende Einheit von Leiterbahnen verstanden werden, wobei die Leiterbahnen nach Abschluss der Fertigung nicht notwendigerweise untereinander verbunden sein müssen. Bei dem Leitergitter kann es sich beispielsweise um ein so genanntes Stanzgitter

(= lead frame) handeln. Durch die Verwendung eines derartigen Leitergitters kann die Festigkeit des Sensormoduls zusätzlich erhöht werden. Außerdem wird die Fertigung erleichtert, da ein stabiler Träger zur Verfügung steht.

Die in einer Leiterbahn des Leitergitters ausgebildete Nut ist vorzugsweise mithilfe einer Folie abgedeckt, um zu verhindern, dass während der Herstellung der Kunststoffabdeckung Kunststoff in den Kanalbereich gelangt und den Kanalbereich blockiert.

Ferner kann der Kanal auch von einer Kanüle gebildet sein, die beispielsweise in eine in einer Leiterbahn des Leitergitters ausgebildete Nut eingelegt ist. Durch eine derartige Kanüle kann ein durchgängiger Kanal von der Sensorfläche des Sensorchips bis zur Außenseite des Sensormoduls ausgebildet werden .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensormodul mit einer weiteren Freisparung versehen, die von der Außenseite des Sensormoduls bis zu einer weiteren Sensorfläche des Sensorchips reicht. Falls es sich bei dem Sensorchip um einen Differenzdrucksensor handelt, kann in diesem Fall der Differenzdruck zwischen dem Druck des Mediums an der weiteren Sen- sorfläche und der am Kanal anliegenden Sensorfläche bestimmt werden .

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Außenansicht eines Sensormoduls;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Leitergitters des Sensormoduls aus Figur 1 mit darauf aufgebrachten Bauelementen;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Leitergitters aus Figur 2;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte eines abgewandelten Sensormoduls mit darauf aufgebrachtem Sensorchip;

Figur 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer abgewandten Leiterplatte;

Figur 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren Leiterplatte und

Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren abgewandelten Sensormoduls.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Außenansicht eines Sensor- moduls 1, bei dem ein Leitergitter 2 mit einem Sensorchip 3 versehen ist. Das Leitergitter 2 und der Sensorchip 3 sind von einer Kunststoffhülle 4 umgeben, die sich bis zu Kontaktenden 5 des Leitergitters 2 erstreckt. Ferner ist die Kunststoffhülle 4 mit einer Freisparung 6 versehen, die von einer Außenseite 7 des Sensormoduls 1 bis zu einer Sensorfläche 8 des Sensorchips 3 reicht.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Leitergitters 2, das eine innere Leiterbahn 9 aufweist, die für die Belegung mit Masse vorgesehen ist. Neben der Leiterbahn 9 sind weitere Leiterbahnen 10 und 11 vorgesehen, über die Messsig- nale laufen oder die Versorgungsspannung zum Sensorchip 3 geführt wird. Der Sensorchip 3 ist auf einen gabelförmigen Halteabschnitt 12 der Leiterbahn 9 aufgebracht und mithilfe von Bonddrähten 13 mit den Leiterbahnen 9 bis 11 verbunden. In Figur 2 ist auch die durch die Freisparung 6 in der Kunst- stoffhülle 4 freigelegte Sensorfläche 8 erkennbar.

Die für die Belegung mit Masse vorgesehene Leiterbahn 9 verfügt auch über seitliche Ansätze 14, deren Enden aus der Kunststoffhülle 4 herausgeführt sind. Dadurch kann die Außen- seite 7 des Sensormoduls 1 wenigstens punktweise auf Masse gelegt werden und eine elektrostatische Aufladung des umgebenden Mediums gegenüber dem Sensorchip 3 unterbunden werden.

Neben dem Sensorchip 3 können auch weitere Bauelemente auf das Leitergitter 2 aufgebracht und von der Kunststoffhülle 4 eingehüllt werden. In Figur 2 sind beispielsweise Kondensatoren 15 und 16 dargestellt, die eine Verbindung zwischen der inneren Leiterbahn 9 und den äußeren Leiterbahnen 10 und 11 herstellen .

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rückseite des in Figur 2 dargestellten Leitergitters 2. Anhand Figur 3 ist erkennbar, dass auf der Rückseite der inneren Leiterbahn 9 ein Kanal 17 ausgebildet ist, der von dem Kontaktende 5 der Leiterbahn 9 zu dem gabelförmigen Halteabschnitt 12 der Leiterbahn 9 führt. Durch den Kanal 17 kann ein das Sensormodul 1 umgebendes Medium zu einer weiteren Sensorfläche 18 geführt werden, die auf einer Auflagefläche 19 des Sensorchips 3 ausgebildet ist. Dementsprechend handelt es sich bei dem Sensor- chip 3 vorzugsweise um einen Differenzdrucksensor, der den Differenzdruck zwischen der Sensorfläche 8 und der weiteren Sensorfläche 18 erfasst.

Zur Herstellung des Sensormoduls 1 wird auf der Rückseite des Leitergitters 2 zunächst eine Nut 20 ausgebildet, durch die der Kanal 17 verlaufen soll. Die Nut 20 kann beispielsweise hergestellt werden, indem die Nut 20 entlang der Leiterbahn 9 in das Leitergitter 2 eingeprägt wird. Anschließend wird auf die Vorderseite des Leitergitters 4 der Sensorchip 3 aufgebracht und mithilfe der Bonddrähte 13 mit dem Leitergitter 4 verbunden. Auch die übrigen Bauelemente, wie beispielsweise die Kondensatoren 15 und 16, werden in diesem Arbeitsschritt auf das Leitergitter 2 aufgebracht. Daraufhin wird das Leitergitter 2 in ein Formwerkzeug eingebracht und mit der Kunststoffhülle 4 umhüllt. Die Freisparung 6 wird dabei von einem geeigneten Kern freigehalten. Um den Kanal 17 auf der Rückseite des Leitergitters 2 auszubilden, wird vor dem Ein- legen des Leitergitters 2 in das Formwerkzeug in die Nut 20 eine Kanüle 21 eingebracht, die sich vom Kontaktende 5 bis zum Halteabschnitt 12 erstreckt. Anschließend wird die Nut 20 und der Halteabschnitt 12 mit einer Klebefolie abgedeckt, so dass die Kanüle 21 in der Nut 20 gesichert ist und die Sen- sorfläche 18 während des Formgebungsprozesses freigehalten wird .

Die Kunststoffhülle 4 wird vorzugsweise in einem Spritzpressvorgang ausgebildet, bei dem das für die Kunststoffhülle 4 verwendete Material in einem Vorzylinder in einen fließfähigen Zustand gebracht und anschließend in das Formwerkzeug gepresst wird. Der Einlauf der Formmasse in das Formwerkzeug erfolgt vorzugsweise mit einem Druck unterhalb von 10 Bar. Nach dem Verfüllen des Formwerkzeugs kann ein Nachpressvor- gang durchgeführt werden, bei dem die Formmasse unter einem Druck zwischen 50 und 100 Bar gesetzt wird, um verbleibende Luft aus dem Formwerkzeug herauszudrücken.

Für die Kunststoffhülle 4 sind vorzugsweise Kunststoffe auf der Basis eines Epoxidharzes vorgesehen, da die Parameter wie Glastemperatur T _G , Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungsko-

effizienten durch die Zusammensetzung variiert oder über die Vergussparameter eingestellt werden können.

Das Sensormodul 1 kann auf verschiedene Art und Weise abge- wandelt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Leitergitter 2 soweit an die Sensorfläche 18 heranzuführen, dass keine separate Kanüle zur Ausbildung des Kanals 17 erforderlich ist. In diesem Fall kann die Abdeckung der Rückseite des Leitergitters 2 ausreichen, um einen durchgehenden Kanal 17, der sich von der Eintrittsöffnung 19 der Leiterbahn 9 bis zur Sensorfläche 18 erstreckt, bereitzustellen.

Anstelle des Leitergitters 2 können auch andere Schaltungsträger verwendet werden. In Figur 4 ist beispielsweise eine Leiterplatte 22 dargestellt, die ebenfalls für das Sensormodul 1 verwendet werden kann. Beispielsweise ist auf die Vorderseite der Leiterplatte 22 der Sensorchip 3 aufgebracht und mithilfe von in Figur 4 nicht dargestellten Bonddrähten mit ebenfalls nicht dargestellten Leiterbahnen auf der Vordersei- te der Leiterplatte 22 verbunden. Unterhalb des Sensorchips 3 ist eine Aussparung 23 vorgesehen, die sich über die Sensorfläche 18 des Sensorchips 3 erstreckt. Ferner ist auf der Rückseite der Leiterplatte 22 eine Nut 24 ausgebildet, die dazu verwendet werden kann, einen vom Kontaktende 5 der Lei- terplatte 22 zu der Aussparung 23 führenden Kanal auszubilden. Dieser Kanal kann ausgebildet werden, indem die Nut 24 während des Formgebungsprozesses für die Kunststoffhülle 4 mit einer Folie abgedeckt wird oder indem gemäß Figur 5 eine Kanüle 25 in die Nut 24 eingelegt wird.

Daneben ist es aber auch möglich, auf die Nut 24 zu verzichten und den Kanal gemäß Figur 6 mit einer auf der planen Rückseite der Leiterplatte aufgebrachte Kanüle 26 zu bewerkstelligen .

Ferner ist es möglich, auf die Freisparung 6 zu verzichten und die Sensorfläche 8 beispielsweise mithilfe einer auf der

Vorderseite des Leitergitters 4 auf dem Ansatz 14 nach außen geführte Kanüle 27 mit der Umgebung zu verbinden.

Der Kanal kann ferner auch ausgebildet werden, indem zwei Leitergitter aufeinander gelegt werden, wobei der Kanal in einem der der beiden Leitergitter oder in beiden Leitergittern ausgebildet ist. Schließlich kann der Kanal auch hergestellt werden, indem im Formwerkzeug ein nadeiförmiger Schieber vorgesehen wird, der vor oder nach dem Einfüllen der Kunststoffmasse in Kontakt mit einer Sensorfläche gebracht wird und der vor dem endgültigen Aushärten der Kunststoffmasse zurückgezogen wird, um ein Einkleben des Schiebers zu verhindern .

In Figur 7 ist schließlich eine Sensorfassung 28 dargestellt, in die das in Figur 1 dargestellte Sensormodul 1 eingebracht werden kann. Insbesondere weist die Sensorfassung 28 eine Ausnehmung auf, in die das Sensormodul 1 im Schiebesitz eingebracht werden kann. Die Sensorfassung 28 weist vorzugsweise eine Außensechskant-Mutter 29 sowie einen Gewindeabschnitt 30 auf, so dass die Sensorfassung 28 in die Wand eines Behälters oder einer Leitung eingeschraubt werden kann. Da der Kanal 17 bis zum Kontaktende 5 des Leitergitters 2 geführt ist, kann der Sensorchip 3 den Differenzdruck zwischen dem im Inneren des Behälters oder der Leitung herrschenden Innendruck und dem außerhalb des Behälters oder der Leitung herrschenden Außendruck bestimmen.

Daneben ist es möglich, einen Kanal auch so zu führen, dass der Innendruck an verschiedenen Stellen gemessen wird, um beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases zu bestimmen. Insofern bestehen hinsichtlich des Verlaufs und des Querschnitts des Kanals keine Einschränkungen.

Falls erforderlich, kann das Ende des Kanals auch durch eine in die Kunststoffhülle eingebettete Membran vor Verunreinigungen geschützt werden. Die Membran kann beispielsweise eine

aus Polytetrafluorethylen bestehende wasserundurchlässige, aber dampfdiffusionsoffene Membran sein, die zur Verbindung mit der Kunststoffhülle im Randbereich perforiert ist. Beispielsweise kann die Membran in das Formwerkzeug eingelegt, dort fixiert und anschließend in die Kunststoffhülle eingespritzt werden.

Schließlich können anstelle eines Differenzdrucksensors auch Gaskonzentrationssensoren verwendet werden, die über einen Kanal 17 mit dem Medium verbunden sind.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural ein- schließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.